CN108808896B - 分段电枢电机定子及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分段电枢电机定子及其制造工艺，属于电机技术领域。它解决了现有电机定子磁路较长、整体性能不佳；结构复杂、绝缘性差、散热性能差；制造工艺复杂，性价比低等问题。本发明包括壳体、散热系统、端子结构、密封件及若干设置在壳体内且呈环状分布的电枢单元，壳体与密封件之间形成电枢单元的安放空间，散热系统包括进风机构及冷却通道，进风机构能向冷却通道输送冷风，冷却通道环绕各电枢单元，冷却通道与电枢单元之间设置有导热机构，壳体上还设置有与冷却通道相通的出风口。本发明采用树脂灌封工艺，定子整体强度高，且有利于提高绝缘性、劣化性能和散热性能，本发明结构简单牢靠，散热性能好。

Description

分段电枢电机定子及其制造工艺

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及分段电枢电机定子及其制造工艺。

背景技术

随着汽、油能源紧缺及人们对环境问题的日趋重视，绿色环保的电动汽车将成为未来人们出行的重要途径。而电动汽车驱动系统向高转矩密度、高效、宽调速比的方向发展，无论是传统电机还是新型电机，均要满足电动汽车最基本的动力性能要求，而各类新型电机主要是以提高转矩密度、效率为着力点。稀土永磁电机和交流同步电机、开关磁阻电机是主要发展方向。稀土永磁电机在所有电机中效率最高，这是因为励磁采用了永磁体，没有功率消耗；其磁通密度高，获得高转矩，从而能使电机体积小而且重量轻。

轴向磁通电机具有轴向尺寸短、结构紧凑、高转矩密度和高效等特点，适用于电力驱动系统场合。该种电机气隙呈平面型，气隙磁场沿轴向分布。法拉第发明的世界上第一台电机就是轴向电机，受材料和工艺水平的限制，轴向磁通电机在此后相当长的一段时间未能得到进一步的发展。随着科学技术的进步，新型材料和结构的涌现和工艺水平的改善，传统圆柱式电机存在的功率密度低、铁心利用率低和冷却困难等问题，都可以在轴向磁通电机中找到解决答案。轴向磁通电机有单定子单转子、双定子单转子、单定子双转子及多盘式类型。现有的轴向磁通电机的定子多采用硅钢片冲压卷绕而成，磁路较长，导磁材料利用率不高，整体性能不佳；结构复杂、绝缘性差、散热性能差；制造工艺复杂，性价比低。

发明内容

本发明的目的是针对现有电机定子所存在的上述缺点，而提出一种分段电枢电机定子及其制造工艺，该分段电枢电机定子结构简单紧凑、高转矩密度、高效、绝缘性好且散热性能好，该制造工艺采用树脂灌封工艺，工艺简单且使得定子整体强度高。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

分段电枢电机定子，其特征在于，它包括壳体、散热系统、端子结构、密封件及若干设置在壳体内且呈环状分布的电枢单元，壳体与密封件之间形成电枢单元的安放空间，散热系统设置在壳体上其能对电枢单元进行散热，所述的散热系统包括进风机构及冷却通道，进风机构能向冷却通道输送冷风，冷却通道环绕各电枢单元，冷却通道与电枢单元之间设置有导热机构，壳体上还设置有与冷却通道相通的出风口。

端子结构设置在壳体上用于壳体内、外的相线接通。壳体呈环状。冷却通道开设在壳体上呈环形槽状，其与各电枢单元形成的环同轴设置。电枢单元通过导热机构与冷却通道之间能实现热量传递，电枢单元的热量能通过冷却通道的冷风带出到外界。

优选的，所述的电枢单元包括铁芯、骨架及线圈，铁芯插设于骨架的通腔内，线圈绕制在对应铁芯的骨架上形成绕组。骨架上设置有与骨架的通腔相通的长孔。

优选的，所述的铁芯由SMC材料制备而成。

优选的，所述铁芯包括两块相同的定子齿，两块定子齿的一端分别从对应骨架的端头插入呈镜像分布。

优选的，所述的密封件包括密封环、设置在壳体两端且呈环状的第一密封板及第二密封板，密封环设置在第一密封板及第二密封板之间分别与第一密封板及第二密封板的内圈对接。

本发明设置了3的倍数个电枢单元，各电枢单元沿着密封环周向等间距设置。各电枢单元沿着密封环的轴以一定的间隔周向设置在密封环的外周。

各电枢单元这样排布后形成的整体的外圈和内圈均为圆形。

第一密封板与第二密封板平行设置，密封环与第一密封板及第二密封板相垂直设置。

优选的，所述的导热机构包括设置在冷却通道处壳体上的若干导热肋板，若干导热肋板沿着冷却通道等间隔周向设置，相邻两块导热肋板之间形成电枢单元的镶嵌空间，位于镶嵌空间内的电枢单元的绕组与导热肋板相接触。各导热肋板与壳体一体设置。

导热肋板设置在密封环及冷却通道之间。导热肋板在这里不仅起到散热作用，同时对电枢单元起到支撑作用。冷却通道与壳体之间通过一冷却通道密封板进行密封。通过冷却通道密封板，冷却通道成为一封闭的冷却通道，从而进风机构向冷却通道输送冷风后，冷风在冷却通道内的冷却效果更好。

优选的，所述的进风机构包括设置在壳体上的若干散热风扇，各散热风扇的风口正对冷却通道。

优选的，所述的壳体上设置有一个散热风扇，该散热风扇的风口正对冷却通道，所述的冷却通道位于散热风扇的风口及冷却通道的出风口处均设置有一导风结构，使得散热风扇吹出的冷风能分别在两个导风结构隔开的半环内流动并流向外界。

两个导风结构的设置，使得散热风扇吹出的冷风能分成两条路径在冷却通道内流通，减少冷风的流动路程，在散热风扇吹冷风耗能相同的情况下，更好的实现对电枢单元的绕组冷却。

优选的，所述的冷却通道的两侧对应设置有若干紊流结构。

优选的，所述的端子结构包括端子座、若干金属端子及紧固螺栓，所述的端子座固设在壳体上，若干金属端子间隔设置在端子座上，各金属端子的底端(靠近电枢单元的一端)穿过端子座及壳体位于壳体的内腔内，金属端子的底端设置有盲孔，顶端(与底端相对的一端)设置有螺纹孔，紧固螺栓能与对应金属端子的螺纹孔螺纹连接。金属端子设置了三个(三相电机)。

定子的各内部相线与对应的金属端子的底端电性连接(插于金属端子底端的盲孔内)，初始各紧固螺栓与对应的金属端子是分离的，将各外部相线的连接端(带有铜鼻)置于金属端子的顶端端面后，再增加限位环后插入紧固螺栓并拧紧，实现外部相线和内部相线的电性接通。

优选的，壳体上设置有与壳体内腔相通的插槽，端子座上对应位置处设置有插块，端子座的插块插于插槽后，通过第一固定件对端子座及壳体进行固定连接。第一固定件包括若干螺丝。

优选的，所述的端子座对应位置处间隔设置有若干与金属端子形状相适配的通孔，各通孔贯穿端子座的上端面(靠近限位环的一面)及插块的下端面，上述金属端子位于对应的通孔内。

优选的，所述的端子座的上端面还设置有若干绝缘隔板，若干绝缘隔板间隔竖直设置在端子座的上端面上，相邻两块绝缘隔板之间形成金属端子与外部相线的安装工位，各金属端子的顶端位于对应的安装工位处。

优选的，所述的端子结构还包括端子盖，端子盖盖设在端子座上，端子盖通过第二固定件与壳体固定连接。第二固定件包括若干固定螺丝，端子盖的下端面位于壳体上，端子盖通过若干固定螺丝与壳体固定连接。

优选的，所述的端子座及端子盖均由绝缘材料制备而成。

分段电枢电机定子的制造工艺，其特征在于，它包括如下步骤：

a.通过铝合金机加工成型上述壳体，该壳体上设置有冷却通道及若干导热肋板，若干导热肋板沿着冷却通道的轴等间隔周向设置，在冷却通道与壳体之间安装冷却通道密封板，冷却通道密封板远离冷却通道一侧与壳体之间形成密封腔室；

b.将线圈绕制在骨架上后放于对应的导热肋板之间；

c.安装端子结构，将端子座放于壳体上并与壳体固定连接，将各金属端子放于端子座的对应的通孔内，连接内部和外部相线，将内部相线焊接在金属端子的底端，金属端子设置有螺纹孔，外部相线通过对应的紧固螺栓固定在金属端子的顶端上；

d.将对称的两个定子齿从骨架的两端插入，然后安装第一密封板、第二密封板及密封环；定子齿设置了12对，每对定子齿分别从对应的骨架的两端插入。

e.第二密封板的板面上设置有注入孔，注入孔与上述的密封腔室连通，通过注入孔向密封腔室内灌入树脂，树脂固化后，所有部件形成一个整体。

所有部件包括壳体、各电枢单元、第一密封板、第二密封板及密封环等，使得各电枢单元与外界处于隔绝状态，从而可以防止电枢单元的老化、破坏等。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：电枢单元包括铁芯、骨架及线圈，铁芯由SMC材料制备而成，从而能大大降低电机有效成本，提高电机的高转矩密度；设置了散热系统，冷却通道最大限度贴近发热量最大的绕组，热源与冷空气之间热阻低，散热效率高；各绕组之间设置有导热肋板，可将绕组两侧的热量快速导向冷却通道；冷却通道为密闭形式，且分两条路径对绕组冷却，实现冷却空气的最大利用；冷却通道设计有紊流结构，可制造大量紊流，提高散热效率；冷却通道直接由壳体加工而来，无需额外的管路，成本较低；散热风扇可采用多个串联方式，方便调整所需的冷却能力；绕组采用独立线圈，简化了绕线工艺；采用树脂灌封工艺，定子整体强度高，且有利于提高绝缘性、劣化性能和散热性能；端子结构绝缘性能好，防护等级高，机械强度高，零部件少，结构简单便于维护。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为图2中A-A方向剖面图；

图4为本发明侧视图；

图5为图4中B-B方向剖面图；

图6为本发明部分结构示意图；

图7为本发明部分结构示意图；

图8为金属端子结构示意图；

图9为金属端子另一个方向结构示意图；

图10为本发明部分结构示意图；

图11为端子座的结构示意图；

图12为端子座的另一个方向的结构示意图。

图中，1、壳体；2、铁芯；3、骨架；4、密封环；5、第一密封板；6、第二密封板；7、冷却通道；8、底板；9、环板；10、冷却通道密封板；11、导热肋板；12、散热风扇；13、紊流块；14、端子座；15、金属端子；16、紧固螺栓；17、盲孔；18、螺纹孔；19、铜鼻；20、限位环；21、插槽；22、插块；23、通孔；24、绝缘隔板；25、端子盖；26、线圈；27、密封腔室；28、注入孔。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-图12所示，本发明提供的一种分段电枢电机定子，它包括壳体1、散热系统、端子结构、密封件及若干设置在壳体1内且呈环状分布的电枢单元。壳体1与密封件之间形成电枢单元的安放空间。壳体1呈环状。

电枢单元包括铁芯2、骨架3及线圈26，铁芯2插设于骨架3的通腔内，线圈26绕制在对应铁芯2的骨架3上形成绕组。铁芯2由SMC材料制备而成。铁芯2包括两块相同的定子齿，两块定子齿的一端分别从对应骨架3的端头插入呈镜像分布。骨架3上设置有与骨架3的通腔相通的长孔。

密封件包括密封环4、设置在壳体1两端且呈环状的第一密封板5及第二密封板6。

密封环4设置在第一密封板5及第二密封板6之间分别与第一密封板5及第二密封板6的内圈对接。本发明设置3的倍数个电枢单元，本实施例中设置了12个电枢单元，各电枢单元沿着密封环4周向等间距设置，且位于第一密封板5、第二密封板6及密封环4之间。各电枢单元这样排布后形成的整体的外圈和内圈均为圆形。第一密封板5与第二密封板6平行设置，密封环4与第一密封板5及第二密封板6相垂直设置。

散热系统设置在壳体1上其能对电枢单元进行散热。散热系统包括进风机构及冷却通道7，进风机构能向冷却通道7输送冷风，冷却通道7环绕各电枢单元，冷却通道7与电枢单元之间设置有导热机构，壳体1上还设置有与冷却通道7相通的出风口。

冷却通道7开设在壳体1上呈环形槽状，其与各电枢单元形成的环同轴设置。壳体1呈环状，为了形成冷却通道7，在壳体1内再增设底板8及与壳体1同轴的环板9，环板9的宽度(将定子水平放置则为高度)小于壳体1的，冷却通道7由底板8、壳体1及环板9围成，本发明还包括冷却通道密封板10，该冷却通道密封板10设于壳体1及环板9上与底板8相对且平行设置。底板8、壳体1及环板9一体设置。

电枢单元通过导热机构与冷却通道7之间能实现热量传递，电枢单元的热量能通过冷却通道7的冷风带出到外界。导热机构包括设置在冷却通道7的环板9的内壁(靠近电枢单元一侧)上的若干导热肋板11，若干导热肋板11沿着环板9的内壁等间隔周向设置，相邻两块导热肋板11之间形成电枢单元的镶嵌空间，位于镶嵌空间内的电枢单元的绕组与两侧的导热肋板11相接触。各导热肋板11与环板9也一体设置。导热肋板11在这里不仅起到散热作用，同时对电枢单元起到支撑作用。

进风机构包括设置在壳体1上的若干散热风扇12，各散热风扇12的风口正对冷却通道7。本发明的壳体1上设置有一个散热风扇12，该散热风扇12的风口(进风口)正对冷却通道7，冷却通道7位于散热风扇12的风口及冷却通道7的出风口处均设置有一导风结构。

导风结构使得散热风扇12吹出的冷风能分别在两个导风结构隔开的半环内流动并流向外界。导风结构的截面呈“人”字型，由两个弧形面对接而成。导风结构的顶端(对接端)分别延伸至散热风扇12的风口及冷却通道7的出风口处。

两个导风结构的设置，使得散热风扇12吹出的冷风能分成两条路径在冷却通道7内流通，减少冷风的流动路程，在散热风扇12吹冷风耗能相同的情况下，更好地实现对电枢单元的绕组冷却。冷却通道7的两侧对应设置有若干紊流结构。紊流结构包括位于冷却通道7内设置在壳体1或者环板9内壁上的若干紊流块13。紊流块13等间隔设置在壳体1或者环板9内壁上。壳体1和环板9内壁上的紊流块13错开设置。

冷却通道密封板10远离冷却通道7一侧与壳体1之间形成密封腔室27。第二密封板6的板面上设置有注入孔28，注入孔28与上述的密封腔室27连通，通过注入孔28向密封腔室27内灌入树脂，树脂固化后，所有部件形成一个整体。

本发明的端子结构设置在壳体1上用于壳体1内、外的相线接通，端子结构包括端子座14、若干金属端子15及紧固螺栓16，所述的端子座14固设在壳体1上，壳体1设置端子结构处外表面水平设置。

若干金属端子15间隔设置在端子座14上，各金属端子15的底端(靠近电枢单元的一端)穿过端子座14及壳体1位于壳体1的内腔内，金属端子15的底端设置有盲孔17，顶端(与底端相对的一端)设置有螺纹孔18，紧固螺栓16能与对应金属端子15的螺纹孔18螺纹连接。金属端子15设置了三个(三相电机)。

定子的各内部相线与对应的金属端子15的底端电性连接(插于金属端子15底端的盲孔17内)，初始各紧固螺栓16与对应的金属端子15是分离的，将各外部相线的连接端(带有铜鼻19)置于金属端子15的顶端端面后，再增加限位环20后向金属端子15的螺纹孔18内插入紧固螺栓16并拧紧，实现外部相线和内部相线的电性接通。

壳体1上设置有与壳体1内腔相通的插槽21，端子座14上对应位置处设置有插块22，端子座14的插块22插于插槽21后，通过第一固定件对端子座14及壳体1进行固定连接。第一固定件包括若干螺丝。

端子座14对应位置处间隔设置有若干与金属端子15形状相适配的通孔23，通孔23也设置了三个。各通孔23贯穿端子座14的上端面(靠近限位环20的一面)及插块22的下端面，上述金属端子15位于对应的通孔23内。

端子座14的上端面还设置有若干绝缘隔板24，若干绝缘隔板24间隔竖直设置在端子座14的上端面上，相邻两块绝缘隔板24之间形成金属端子15与外部相线的安装工位，各金属端子15的顶端位于对应的安装工位处。

端子结构还包括端子盖25，端子盖25盖设在端子座14上，端子盖25通过第二固定件与壳体1固定连接。第二固定件包括若干固定螺丝，端子盖25的下端面位于壳体1上，端子盖25通过若干固定螺丝与壳体1固定连接。端子座14及端子盖25均由绝缘材料制备而成。

本发明还提供了一种分段电枢电机定子的制造工艺，它包括如下步骤：

a.通过铝合金机加工成型上述壳体1，该壳体1上设置有冷却通道7及若干导热肋板11，若干导热肋板11沿着冷却通道7的轴等间隔周向设置，在冷却通道7与壳体1之间安装冷却通道密封板10，冷却通道密封板10远离冷却通道7一侧与壳体1之间形成密封腔室27；

b.将线圈26绕制在骨架3上后放于对应的导热肋板11之间；

c.安装端子结构，将端子座14放于壳体1上并与壳体1固定连接，将各金属端子15放于端子座14的对应的通孔内，连接内部和外部相线，将内部相线焊接在金属端子15的底端，金属端子15设置有螺纹孔18，外部相线通过对应的紧固螺栓16固定在金属端子15的顶端上；

d.将对称的两个定子齿从骨架3的两端插入，然后安装第一密封板5、第二密封板6及密封环4；

e.第二密封板6的板面上设置有注入孔28，注入孔28与上述的密封腔室27连通，通过注入孔28向密封腔室27内灌入树脂，树脂固化后，所有部件形成一个整体。

所有部件包括壳体1、各电枢单元、第一密封板5、第二密封板6及密封环4等，使得各电枢单元与外界处于隔绝状态，从而可以防止电枢单元的老化、破坏等。

应该理解，在本发明的权利要求书、说明书中，所有“包括……”均应理解为开放式的含义，也就是其含义等同于“至少含有……”，而不应理解为封闭式的含义，即其含义不应该理解为“仅包含……”。

本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.分段电枢电机定子，其特征在于，它包括壳体（1）、散热系统、端子结构、密封件及若干设置在壳体（1）内且呈环状分布的电枢单元，壳体（1）与密封件之间形成电枢单元的安放空间，散热系统设置在壳体（1）上其能对电枢单元进行散热，所述的散热系统包括进风机构及冷却通道（7），进风机构能向冷却通道（7）输送冷风，冷却通道（7）环绕各电枢单元，冷却通道（7）与电枢单元之间设置有导热机构；所述冷却通道（7）开设在壳体（1）上呈环形槽状，其与各电枢单元形成的环同轴设置；在壳体（1）内还增设有底板（8）及与壳体（1）同轴的环板（9）；冷却通道（7）由底板（8）、壳体（1）及环板（9）围成；在所述壳体（1）及环板（9）上设置有冷却通道密封板（10）；壳体（1）上还设置有与冷却通道（7）相通的出风口；所述的电枢单元包括铁芯（2）、骨架（3）及线圈（26），铁芯（2）插设于骨架（3）的通腔内，线圈（26）绕制在对应铁芯（2）的骨架（3）上形成绕组，铁芯（2）由SMC材料制备而成，所述铁芯（2）包括两块相同的定子齿，两块定子齿的一端分别从对应骨架（3）的端头插入呈镜像分布；所述的密封件包括密封环（4）、设置在壳体（1）两端且呈环状的第一密封板（5）及第二密封板（6），密封环（4）设置在第一密封板（5）及第二密封板（6）之间分别与第一密封板（5）及第二密封板（6）的内圈对接；所述的导热机构包括设置在冷却通道（7）处壳体（1）上的若干导热肋板（11），若干导热肋板（11）沿着冷却通道（7）等间隔周向设置，相邻两块导热肋板（11）之间形成电枢单元的镶嵌空间，位于镶嵌空间内的电枢单元的绕组与导热肋板（11）相接触；所述的进风机构包括设置在壳体（1）上的若干散热风扇（12），各散热风扇（12）的风口正对冷却通道（7），该散热风扇（12）的风口正对冷却通道（7），所述的冷却通道（7）位于散热风扇（12）的风口及冷却通道（7）的出风口均设置有一导风结构，使得散热风扇（12）吹出的冷风能分别在两个导风结构隔开的半环内流动并流向外界，冷却通道（7）的两侧对应设置有若干紊流结构；所述的端子结构包括端子座（14）、若干金属端子（15）及紧固螺栓（16），所述的端子座（14）固设在壳体（1）上，若干金属端子（15）间隔设置在端子座（14）上，各金属端子（15）的底端穿过端子座（14）及壳体（1）位于壳体（1）的内腔内，金属端子（15）的底端设置有盲孔（17），顶端设置有螺纹孔（18），紧固螺栓（16）能与对应金属端子（15）的螺纹孔（18）螺纹连接；所述底板（8）、壳体（1）、环板（9）及导热肋板（11）一体设置。

2.根据权利要求1所述的分段电枢电机定子，其特征在于，所述的端子座（14）对应位置处间隔设置有若干与金属端子（15）形状相适配的通孔（23），各通孔（23）贯穿端子座（14）的上端面及插块（22）的下端面，上述金属端子（15）位于对应的通孔（23）内。

3.根据权利要求1所述的分段电枢电机定子，其特征在于，所述的端子座（14）的上端面还设置有若干绝缘隔板（24），若干绝缘隔板（24）间隔竖直设置在端子座（14）的上端面上，相邻两块绝缘隔板（24）之间形成金属端子（15）与外部相线的安装工位，各金属端子（15）的顶端位于对应的安装工位处。

4.分段电枢电机定子的制造工艺，用于制造权利要求1-3任意一项所述的分段电枢电机定子，其特征在于，它包括如下步骤：

a.通过铝合金机加工成型上述壳体（1），该壳体（1）上设置有冷却通道（7）及若干导热肋板（11），若干导热肋板（11）沿着冷却通道（7）的轴等间隔周向设置，冷却通道密封板（10）远离冷却通道（7）一侧与壳体（1）之间形成密封腔室（27）；

b.将线圈（26）绕制在骨架（3）上后放于对应的导热肋板（11）之间；

c.安装端子结构，将端子座（14）放于壳体（1）上并与壳体（1）固定连接，将各金属端子（15）安装于端子座（14）上，连接内部和外部相线，将内部相线焊接在金属端子（15）的底端，金属端子（15）设置有螺纹孔（18），外部相线通过对应的紧固螺栓（16）固定在金属端子（15）的顶端上；

d.将对称的两个定子齿从骨架（3）的两端插入，然后安装第一密封板（5）、第二密封板（6）及密封环（4）；

e.第二密封板（6）的板面上设置有注入孔（28），注入孔（28）与上述的密封腔室（27）连通，通过注入孔（28）向密封腔室（27）内灌入树脂，树脂固化后，所有部件形成一个整体。